工业4.0时代:北京现代制造业的战略突破点

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贾品荣

新科技革命下的产业布局,不能只是发展互联网产业,必须建立强大的制造业中心。对北京而言,就要发展能够支撑北京未来经济增长的战略性新兴产业。对此,需要从源头上思考如何建设北京现代制造体系。

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北京现代制造业的发展分析

北京现代制造业的产业分布主要集中在电子、机电、交通、医药四大领域,呈现几个重要特点:

通信电子产业科技驱动能力强。北京信息科技驱动能力全国领先。2014年,北京电子商务指数、移动互联网指数、互联网上市公司数量全国排第一,每万人口信息传输、软件和信息技术服务业就业人数全国最高,移动宽带普及率和互联网宽带接入通达行政村比重排名全国第一。

创新驱动机电制造产业发展。北京的机电制造业技术优势明显。2013年,北京机电制造业人员效率为1.58,资本效率为0.69,初步体现了系统化、智能化的发展。

汽车制造面向工业4.0时代。汽车产业是首都经济的重要支柱产业。世界500强之一的北汽集团是北京最大的国有企业,代表着北京制造业的水平。北汽集团加大研发投入,技术发展呈现高端、自主、智能的特征。在技术创新的强力支撑下,北京汽车制造产业正逐渐成为首都高精尖发展的主导产业,新能源汽车的动力电池全自动生产线较磷酸铁锂体系动力电池,其能量密度提高50%以上,功率密度提高100%,车辆续航里程提高30%以上。“北京奔驰”的发动机加工,自动化率已高达95%,堪称“工业4.0”的典范。

医药产业是北京重点发展的战略性新兴产业。北京医药产业在全国具有核心竞争优势,拥有全国生命科学领域41%的国家重点实验室,大兴医药产业园区是目前中国规模最大的医药产业专属发展区域。北京医药制造产业工业总产值,从2004年44.7亿元增长到2013年的254.21亿元,十年间累计增长约5.7倍,年平均增长率为21.8%。目前,北京医药产业利润率高于其他各个产业,排名首位。

新工业革命背景下北京仍需大力发展现代制造业

但是,必须清醒地认识到,与发达国家首都相比,目前北京市制造业的创新能力仍整体偏弱,规模以上企业研发经费占主营业务收入的比重仅为1.14%,远低于2%-3%的国际平均水平。

值得注意的是,全球金融危机后,发达国家实施“再工业化”,启动新一轮工业革命,以信息技术和先进制造技术为依托,大力发展适应未来技术发展方向和市场需求变化趋势的新兴产业。美国制造业“回归”战略使工业投资在国内集中,保持美国制造业国际竞争力以及产业制高点;德国“工业4.0”战略旨在将制造业向智能化转型,主要分为两大主题,一是“智能工厂”,重点研究智能化生产系统及过程,以及网络化分布式生产设施的实现;二是“智能生产”,主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等。发达国家的这些做法启示我们,新科技革命下不能只是发展互联网产业,必须建立强大的制造业中心。对北京而言,就要发展能够支撑北京未来经济增长的战略性新兴产业。

新工业革命对制造业的影响体现在三个方面:

影响之一:生产制造快速成型。第一次工业革命中企业依赖机器实现机械化生产,第二次工业革命中企业基于生产流水线开展大规模作业,第三次工业革命中出现了以3D打印技术为代表的新型生产设备,将制造业带入数字化时代。3D打印通过“分层制造、逐层叠加”实现生产制造的快速成型,根本异于传统制造业需要先加工零部件、再组装的制造方式。

影响之二:新材料复合化、纳米化。第一次工业革命初期,生产设备结构简单,精密度低,而后炼铁技术的成熟使得机器生产走向复杂化和精密化;第二次工业革命中,炼钢技术的重大突破使得钢铁逐渐代替熟铁成为机械制造、铁路建设、房屋桥梁建筑和军事等方面的新材料;在第三次工业革命中,复合材料和纳米材料使得材料的强度、质量、性能和耐用性均优于传统材料。

影响之三:生产系统数字化、智能化。第一次工业革命中,邮政服务是企业信息交流的主要渠道,生产运输和贸易则主要通过蒸汽轮、火车等交通工具,通信和交通工具的单一和落后使得整个生产系统呈现效率低下的状态;第二次工业革命中,企业通过电报和电话等新型通信工具进行信息交流,并借助汽车、飞机等新型交通工具,在公路、高速公路、机场、港口形成的交通网络中实现生产要素的快速流通,使生产系统效率大幅提高;而在新工业革命中,生产系统借助网络信息技术全面趋向数字化和智能化,互联网成为贸易、信息交流的关键性渠道,同时也构成整个经济社会发展的重要基础设施。信息技术向工业、服务业全面嵌入,以及制造技术的颠覆性创新将打破传统的产品生产流程,制造业和服务业不仅在产业链上纵向融合,产业链本身也将重组,产品从设计、生产到销售的各个环节都需要实现第二、第三产业的深入融合。同时,第二、第三产业在地域上将呈现聚集的趋势,过去分别由第二产业、第三产业形成的产业集群也将重组,第二、第三次融合发展的产业集群将成为主要发展方向。

这些技术发展方向为北京制造业产业升级指明方向。

工业4.0时代:北京现代制造业的战略突破点

笔者认为,北京适应新工业革命的现代制造业发展思路是:增强一大动力,建设三个系统,实施四大工程。

1.增强一大动力

即增强技术驱动力。在新工业革命背景下,北京必须瞄准技术发展方向,加强技术研发,抓住适应新工业革命的10项核心制造技术——高档数控机床及基础制造装备关键技术;数字化、智能化设计制造与管理技术;小于45nm极大规模集成电路专用设备关键技术;微米/纳米制造技术;流程工业绿色制造与自动化技术;节能轿车和新能源汽车技术;高铁成套装备设计制造技术;绿色制造技术;关键基础件设计制造技术;机器人技术。

2.建设三个系统

即建设北京现代制造设计系统、北京现代制造工艺与装备系统、北京现代智能控制与智能制造系统。

北京现代制造设计系统为多专业、多系统、大规模的协同工作平台。设计人员在分布式环境下协同工作,利用数据的并发处理和控制功能及时获取同步的产品数据信息,协调设计过程中的各种关系,对设计过程实施并行、动态、实时控制。通过建立知识库辅助设计,根据总体指标自动对发生冲突的各分项指标进行权衡和优化,将分析所得到的知识集成到业务信息系统的组织结构中,大幅提高北京制造设计质量,减少设计差错,提高研发效率,增强并行协同设计制造能力,保证智能设计的总体最优,进而提高北京制造水平。

北京现代产业制造工艺与装备系统,以新材料、材料的先进制备、成型、加工技术和高性能产品及高新科技的应用为特征,通过数字集成网络化智能实现工作平台自适应调整,能自动采集、分类、分析与存储数据,动态提供零件信息输入及特征描述、工艺过程设计、工时处理、制造资源管理、工艺文件管理及输出等功能。

北京现代产业智能控制与智能制造系统,适应北京制造系统的高度集成化和智能化需要,克服传统制造系统信息封闭、响应慢、依赖模型等线性常规控制的缺陷。传统的制造系统属于能源驱动型;而智能制造系统属于信息驱动型,要求在原料和能量上是开放的,要求在信息上也充分开放。只有开放性,才能实现人机协作,通过人与机器有机高度结合,实现北京制造过程的真正智能化。

3.实施四大工程

即实施北京电子产业提升工程、北京机电产业跨越工程、北京交通产业推进工程、北京医药产业促进工程。

北京电子产业提升工程。抓紧开展新一代移动通信核心芯片技术和商业化的研究;以公共安全、城市管理、食品安全、社区服务等领域的应用为先导,建设物联网关键技术研发基地和产业化基地,促进RFID、传感器、IPV6、云计算等一批关键技术的研发和成果产业化,催生一批云计算、大数据、物联网的企业。同时,将电子产业与机电产业融合,将物联网技术应用到机电产业,推进机电产业信息化、机电产品智能化与机电技术高端化。将电子产业与交通产业、医药产业深度融合,促进汽车电子、医疗电子等新兴产业发展,加快推进北京制造向“智造”转变,为未来新的现代制造业提供充分的发展空间。

北京机电产业跨越工程。北京市机电产业应定位为——高科技高产值、低污染低排放、强竞争力的高端制造业。加快机电产业关键设备的研发和产业化。面向高铁市场需求,开发重型轨道龙门膛铣加工中心和大型车轴磨床。继续支持北控磁浮公司突破整车集成、悬浮控制等磁浮关键技术,完善中低速磁浮车辆和系统的测试标准和规范,开展示范线技术支撑体系建设。

北京交通产业推进工程。针对北京交通运输设备制造在全国具有竞争优势的特点,支持北汽集团做大做强,重点开发纯电动小轿车、纯电动环卫车、纯电动大客车及混合动力大客车四类新能源汽车。加强充电站等配套基础设施建设,形成区域化的纯电动汽车能源供给网络。

北京医药产业促进工程。医药产业是北京的优势产业,加快生物医药重大品种产业化和高端诊疗设备制造,努力形成以创新药物研发和先进医疗设备制造为龙头的产业链条。围绕搭建研发技术平台、构建研发服务体系、创新药物研发和产业化、大品种工艺改造和提升等重点任务,加快建设北京医药创新孵化基地。

北京应抓住工业4.0时代产业革命的重大机遇,从战略层面谋划现代制造业发展,把四大工程建设摆在北京制造业发展的核心位置。
作者单位:北京市科学技术研究院

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